目录

一、预备知识

1、串行与并行

2、单工与双工

3、波特率

二、UART 

三、IIC

四、SPI （一对一、一对多）

五、IIC、SPI异同点

参考文章：这些单片机接口，一定要熟悉：UART、I2C、SPI、TTL、RS232、RS422、RS485、CAN、USB、SD卡

一、预备知识

1、串行与并行

根据每次发送的二进制位数，可以分为串行、并行。串行只有一根总线，而并行一般有多根总线。总线数目的不同直接影响到每次传递的数据量。以传递一个字节为例。

串行每次只能传递 1 bit，所以要传输 8 次才能传递一个字节。

并行有 8 根总线，所以一次就可以传递一个字节（8 bit）。

2、单工与双工

根据数据传输的方向可以分为单工、双工通信，而双工通信又可以根据总线数目分为半双工、全双工通信。

• 单工通信：数据的传输是单向的，发送器只负责发送，接收器只负责接收
• 双工通信：
  • 半双工：一根总线，双方的发送和接收用的同一根总线
  • 全双工：两根总线，双方的发送和接收各有一根总线

3、波特率

用于描述串口的通信速度，单位bps（bit per second），即每秒传输的比特数

二、UART 

1、概念

UART 是一种通用的串行、异步通信总线，该总线有两条数据线，TXD 用于发送数据，RXD用于接收数据，可以实现全双工的发送和接收，在嵌入式系统中常用于主机与辅助设备之间的通信。

2、帧格式

UART帧格式如下：

空闲时刻：默认维持在高电平

起始位：表示要开始发送数据了，此时会变为低电平

数据位：一般有8位，代表一个字节。

校验位：方便接收方核对数据是否被篡改（可有可无）

停止位：表示一帧数据的结束。相当于告知对方数据发送完毕，重新回到高电平（空闲状态）

三、IIC

1、概念

I2C总线是一种同步、半双工双向的两线式串口总线。它由两条总线组成：串行时钟线SCL和串行数据线SDA。

• SCL：负责产生时钟脉冲。一方可以在时钟脉冲的上升沿发送数据；另一方在下降沿接收数据
• SDA：负责数据的传输

2、通信过程

主设备和从设备都可以作为发送设备或接收设备。无论主设备是作为发送设备还是接收设备，同步时钟信号都只能由主设备产生，主设备控制通信的开始与结束。

主从设备建立连接

（1） 主设备发送一个起始信号启用总线

（2）主设备发送一个字节的数据指明要和哪个从设备通信，以及数据的传递方向（即主设备给从设备发数据，还是从设备给主设备发数据）

（3）被指名的从设备发送应答信号回应主设备

主从设备开始通信

建立连接以后，主从设备之外的设备，不可以发送数据。接下来就是主从设备的通信时间了。

（4）发送器发送一个字节的数据

（5）接收器收到数据以后发送应答信号，回应发送器

（6）... ...  循环步骤4、5

主从设备结束通信

（7）主设备发送停止信号中止本次通信

四、SPI （一对一、一对多）

1、概念

SPI总线是同步、全双工双向的4线式串行接口总线。SPI采用主从的方式工作，可以一个主设备对应一个从设备，也可以一个主设备对应多个从设备。虽然是一个主设备对多个从设备的关系，但是每次通信依然是一个主设备和一个从设备通信。

• MOSI（Master Out Slave In）：主设备 ==》从设备（主设备发送，从设备接收）
• MISO（Master In Slave Out）：从设备 ==》主设备（主设备接收，从设备发送）
• SCLK（Serial Clock）：传输时钟信号，用于主从设备的同步
• CS（chip select）：选择从设备。

2、通信过程

主设备选择从设备

当主设备要和某个从设备进行通信时，主设备需要先向对应从设备的CS线上发送使能信号（高电平或者低电平，根据从机而定），表示选中该从设备。

数据传输

SPI 总线在进行数据传输的时候，先传送高位，后传送低位。比如要传送数字3，转换成二进制就是 0000 0011，因为是串行通信，每次只能传 1bit，所以需要决定先传送高位还是低位。

发送端发送信号：当时钟脉冲达到下降沿的时候，这段时间是发送数据的时间。

接收端接收信号：当时钟脉冲到达上升沿的时候，这段时间是接收数据的时间。

因此，SPI 可以在一个时钟周期内就完成数据的收发，可以无限制的连续发送和接收数据。

传输完毕或者继续传输

一个字节传输完成后无需应答，可以直接开始下一个字节的传递，也可以就此中止传输。SPI总线没有起始或者结束信号。

3、极性和相位

极性（CPOL）指的是时钟脉冲在空闲时刻的状态。

相位（CPHA）指的是采样时刻。比如是选择下降沿发送数据，还是上升沿发送数据。

对于特定的从设备来说，出厂时的工作模式就已经决定了，即极性和相位就已经决定好了。主设备的 CPOL 和 CPHA是可以手动配置的。在使用设备时，必须保证主设备的工作模式和从设备保持一致。

五、IIC、SPI异同点

相同点

1、都使用了时钟线

2、采用了TTL电平，这就限制了应用场景，传输距离不会很长，一般用于同一板卡上芯片之间的通信

3、都采用主从方式工作，主机可以管理和控制总线，从机只能被呼叫。

不同点

1、IIC有应答机制，SPI无需应答机制

2、IIC通过向总线广播从机地址来寻址，SPI通过向对应从机发送使能信号来选择从机

3、IIC的时钟极性和相位固定，SPI的时钟极性和相位可调